Nasschemisches Ätzen von nahezu beliebigen 3D-Strukturen in Silizium

Inhalt:
Bisherige Ätzverfahren für Silizium sind entweder isotrop oder anisotrop mit prozessmässig vorbestimmten Anisotropiefaktor (DRIE, anisotropes Ätzen von c-Si in KOH). Die sich ergebenden, in Si geätzten Strukturen sind daher kugelförmig (isotrop) oder faktisch 2.5dimensional (senkrechte Strukturwände wie bei DRIE). Ein Verfahren, das mit Standardverfahren der Mikrotechnik (parallele Bearbeitung vieler Strukturen, möglichst batch-fähig) echte 3D-Strukturen bei möglichst freier Formgebung ermöglicht, gibt es kommerziell bisher noch nicht. In diesem Beitrag stellen wir ein elektrochemisches Verfahren vor, das mit Hilfe der Stromsteuerung beim Anodisieren von Silizium nahezu frei wählbare Formen im Silizium erlaubt. Die lokale Steuerung der Stromdichte kann dabei durch Maskierungsstrukturen auf der Ober- oder Unterseite des zu ätzenden Wafers erreicht werden. Eine Besonderheit des Prozesses ist, dass neben der Formgebung die Oberflächengüte im Bereich von nm (optische Qualität) eingestellt werden kann. Damit steht ein Mikrostrukturierungsverfahren zur Verfügung, das auch Nano-Qualität ermöglicht. In diesem Beitrag werden das Prinzip sowie Prozessoptimierungen dargestellt. Beispielhaft wird die Verwendung solcher Si-Formen für die Mikroabformtechnik demonstriert. Weitere Anwendungen in der Mikrooptik und Mikrofluidik werden diskutiert.